Question

【題目】某學(xué)習(xí)小組做鎂在空氣中燃燒實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)生成物中有黑色固體，針對這一現(xiàn)象及該反應(yīng)的應(yīng)用，他們開展了如下探究，請仔細(xì)閱讀并完成下列探究報(bào)告。

（探究目的）探究黑色固體是鎂與空氣中什么物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生的。

（分析猜想）分析空氣中各種成分，尋找猜想依據(jù)：

空氣成分一：氧氣； 空氣成分二：氮?dú)猓?空氣成分三：水蒸氣；空氣成分四：二氧化碳；空氣成分五：稀有氣體：化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，一般不與其它物質(zhì)反應(yīng)。

（實(shí)驗(yàn)一）鎂帶與氧氣的反應(yīng)

（一）制取氧氣并探究氯酸鉀和二氧化錳制氧氣的實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)物與催化劑的最佳質(zhì)量比。

實(shí)驗(yàn)中采用如圖1、2所示裝置，取20g氯酸鉀，分成10等份，每份2g，分別裝入10支試管中。在10支試管中分別加入不同質(zhì)量的二氧化錳，分別測量二氧化錳與氯酸鉀在不同質(zhì)量比時(shí)，生成200mL氧氣所消耗的時(shí)間。實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)如表：

實(shí)驗(yàn)編號	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
二氧化錳的質(zhì)量/g	0.1	0.2	0.33	0.4	0.5	0.66	1	1.3	2	3
二氧化錳與氯酸鉀的質(zhì)量比	1：20	1：10	1：6	1：5	1：4	1：3	1：2	2：3	1：1	3：2
生成200mL氧氣時(shí)間/秒	235	186	162	147	133	117	143	160	211	244

請回答下列問題：

（1）請寫出該實(shí)驗(yàn)中發(fā)生反應(yīng)的符號表達(dá)式：________；

（2）為了完成本實(shí)驗(yàn)，方框內(nèi)應(yīng)選擇圖2氣體收集裝置中的______（填字母）；

（3）分析上述數(shù)據(jù)，你認(rèn)為利用此法制氧氣，二氧化錳與氯酸鉀的最佳質(zhì)量比為_______；

（4）催化劑能影響化學(xué)反應(yīng)速度，溫度、反應(yīng)物的濃度（或質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、反應(yīng)物接觸面積等也會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)速度。分析上表數(shù)據(jù)，結(jié)合影響化學(xué)反應(yīng)速度的因素分析當(dāng)二氧化錳與氯酸鉀的質(zhì)量比低于最佳質(zhì)量比時(shí)，反應(yīng)速度變低的原因是_________。

（二）燃燒鎂帶，觀察現(xiàn)象將鎂帶打磨光亮，點(diǎn)燃，伸入盛滿氧氣的集氣瓶中，產(chǎn)生大量白煙，生成白色固體。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：鎂與氧氣反應(yīng)生成白色的氧化鎂。寫出該反應(yīng)的符號表達(dá)式_______

（實(shí)驗(yàn)二）鎂帶與氮?dú)獾姆磻?yīng)

（一）獲取氮?dú)猓悍椒?：工業(yè)上把空氣液化，然后蒸發(fā)，先蒸發(fā)出來的氣體就是氮?dú)猓?/span>

方法2：實(shí)驗(yàn)室將氨氣通過紅熱的氧化銅，可制得純凈的氮?dú)夂豌~。屬于化學(xué)變化的是____（填“方法1”或“方法2”）

（二）燃燒鎂帶，觀察現(xiàn)象

將鎂帶打磨光亮，點(diǎn)燃，伸入盛氮?dú)獾募瘹馄恐校�瓶�?nèi)壁附著一層淡黃色的固體。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：鎂與氮?dú)庠邳c(diǎn)燃的條件下發(fā)生化合反應(yīng)生成淡黃色的氮化鎂，其中氮元素的化合價(jià)為-3，則氮化鎂的化學(xué)式為_______

（實(shí)驗(yàn)三）鎂帶與水蒸氣的反應(yīng)

實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示：

（1）裝置A中放入幾粒沸石或碎瓷片的目的是__________；

（2）實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，應(yīng)先點(diǎn)燃A處酒精燈，等觀察到水沸騰后，再點(diǎn)燃B處酒精燈，這樣做的目的是_______；

（3）生成的氣體通入肥皂液中，用燃著的木條靠近肥皂泡，有爆鳴聲，稍后有肥皂泡飄到空中，說明生成的氣體是_______；

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：鎂粉能和水蒸氣反應(yīng)，但裝置B中并沒有產(chǎn)生黑色固體

（探究結(jié)論）根據(jù)以上信息，可以推理得出鎂在空氣中燃燒產(chǎn)生的黑色固體是鎂與空氣中的_____反應(yīng)產(chǎn)生的。

Answer 1

【答案】KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2 C 1:3 氯酸鉀與二氧化錳的接觸面積小 Mg+O2MgO 方法2 Mg3N2 防止暴沸 排盡裝置中的空氣 氫氣 二氧化碳

【解析】

（1）高錳酸鉀發(fā)生分解反應(yīng)生成錳酸鉀、二氧化錳、氧氣，KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2（2）氧氣進(jìn)入裝滿水的集氣瓶內(nèi)，水被排出流進(jìn)量筒中，量筒中水的體積等于收集到的氧氣的體積，故選C。（3）生成200mL氧氣，所用時(shí)間越短，說明反應(yīng)速度越快，二氧化錳與氯酸鉀的質(zhì)量比為1:3時(shí)，所用時(shí)間最短，所以二氧化錳與氯酸鉀的最佳質(zhì)量比為1:3。（4）當(dāng)二氧化錳與氯酸鉀的質(zhì)量比低于最佳質(zhì)量比時(shí)，反應(yīng)速度變低的原因是氯酸鉀與二氧化錳的接觸面積小，因?yàn)榉磻?yīng)物之間接觸面積越大，反應(yīng)速度越快。（二）鎂與氧氣反應(yīng)生成氧化鎂[實(shí)驗(yàn)二]（一）有新物質(zhì)生成的變化是化學(xué)變化，方法二有新物質(zhì)生成，所以是化學(xué)變化。（二）化合物中各元素化合價(jià)的代數(shù)和為零，設(shè)氮化鎂的化學(xué)式為MgxNy，則（+2）×x+(-3)×y=0，解得=，所以氮化鎂的化學(xué)式為Mg3N2。[實(shí)驗(yàn)三]（1）裝置A中放入幾粒沸石或碎瓷片的目的是防止液體暴沸。（2）實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，應(yīng)先點(diǎn)燃A處酒精燈，等觀察到水沸騰后，再點(diǎn)燃B處酒精燈，這樣做的目的是排盡裝置中的空氣。（3）化學(xué)反應(yīng)前后元素的種類不變，反應(yīng)物中有Mg、H、O元素，生成的氣體通入肥皂液中，用燃著的木條靠近肥皂泡，有爆鳴聲，說明生成的氣體具有可燃性，所以該氣體是氫氣。因?yàn)殒V在空氣中燃燒生成黑色固體，而氮化鎂是淡黃色的固體，鎂與水蒸氣反應(yīng)無黑色固體生成，鎂不與稀有氣體反應(yīng)，所以黑色固體是鎂與二氧化碳反應(yīng)生成的。